最終更新日: 2022/04/09 作成日: 2022/04/09

物質の界面近傍では,様々な物理現象が生じます. たとえば,スピン依存伝導や界面磁気現象,カイラル・トポロジカル現象などです. これらは古くから興味が持たれており,最近になってより一層注目されてきています. それらのなかで,スピン依存伝導は基礎物理としてのみならずデバイス応用とも密接に関わってます.

また,近年のスピントロニクスの発展を理解するという観点からも,界面におけるスピン依存伝導を調べることは重要です. 特に,スピンポンピングやスピンSeebeck効果は,磁化ダイナミクスとスピン依存伝導の相互依存による現象であるため注目に値します. これら2つの現象は,理論的には,界面での交換相互作用の2次に比例していることが分かっています. このほかにスピンHall磁気抵抗などにおいて,一般に界面での交換相互作用は本質的な役割を果たすことが容易に理解できます. しかし,この界面での交換相互作用を直接的に測定する手法がなく,その理論的提案もありませんでした.

そこで我々は,界面に平行に交流電流を印加してスピン移行トルクの共鳴現象を利用することで,界面での交換相互作用を直接的に観測する手法を提案しました. 具体的には,強磁性体と非磁性金属の接合系を考え,強磁性体には磁化構造(たとえば磁壁など)があり,系におけるスピン軌道相互作用は弱い場合を考えます. 電流を印加することで,非磁性金属の伝導電子が強磁性体の磁化と界面の交換相互作用を介して,磁化にスピン移行トルクを及ぼします. 電流が振動数$\omega$の交流の場合,伝導電子はスピン反転を伴いながら励起され,$(1 - \omega \tau_{sd})^{-1}$に従って共鳴的に大きなスピン移行トルクを生じさせることを微視的計算によって明らかにしました. ただし$\tau_{sd} = \hbar / 2 \Delta$で,$2 \Delta$は界面交換相互作用による分裂です. このことから,交流の振動数を変化させ,磁壁の移動幅依存性を調べることで,界面での交換相互作用を見積もることができると考えられます.